第5章 控制网络技术.ppt

第5章 控制网络技术 控制网络的概念 控制网络与信息网络 控制网络的体系结构 计算机控制网络系统实现模式 控制网络与信息网络的互联 控制领域新的问题、需求与挑战 控制规模的扩张 控制区域地理分布广泛 集中管理和分布操作的需求 控制对象、算法复杂 “维数灾” …… 解决思路一：分解-联系-协调 分解（底层） 对于复杂大系统，沿地理位置或控制任务进行子系统（局部控制器）分解 对于高维大系统分解成若干低维子系统，先分别进行优化，通过协调实现大系统最优控制 联系（通信） 各子系统间具有联系，通过通信子网将各局部控制器联系起来 协调（上层） 设置上位计算机进行协调控制，实现大系统意义上的总体目标最优，及系统集成 分解-联系-协调策略——分解原则 按地理位置的分布情况进行分解； 按工艺流程进行分解； 按已有的控制经验、算法进行分解； 按获得的数学模型进行分解…… 分解-联系-协调策略——协调控制原理 关联（耦合） 各子系统之间的关联客观存在 协调控制器 在各子系统局部最优化的基础上，建立协调控制器，对各子系统进行协调，实现整个大系统最优化 解决思路二：分层递阶智能模型 分层递阶智能控制模型 仿人控制的一类系统模型 从功能上模拟人的智能决策行为 并从结构上仿效这一行为的执行过程。 优势与特性 较好地解决跨地域，信息测控点分布面广、分散，信息类型种类多，采集方式复杂，信息准确度和实时性要求高等问题。 解决方案：构建控制网络 控制网络的特性 高实时性，时间确定性； 多为短帧信息，信息交换频繁 通信协议简单实用，工作效率高 容错，可靠性、安全性； 结构具有高度分散性 可扩展性 同层间易于扩展 与信息网络之间有高效的通信，易于实现与上层网络的集成； …… 控制网络与信息网络的比较 数据传输的及时性和系统响应的实时性 例如：过程控制系统响应时间0.01~0.5s，制造自动化系统0.5~2.0s。而在信息网络的很多使用中，实时性可以忽略； 在恶劣环境下数据传输的完整性、可靠性； 通信方式多使用广播和组播方式；而在信息网络中自主系统间一般建立一对一通信方式； 目前还没有形成像信息网络产品那样完善的统一规范和标准。 控制网络的类型 从企业自动化层次模型来分： 设备层：面向设备的现场控制网络 自动化层：面向自动化的主干控制网络，设备层作为其一个接入节点 从组网技术来分： 共享总线控制网络 例如一些工业以太网(Ethernet)、现场总线（Fieldbus）等，适合于底层（现场、设备层等）的控制网络 交换式控制网络 组网灵活方便，便于组建虚拟控制网络，适用于组建包含高层的控制网络 控制网络的体系结构 (Architecture) 对已有网络体系结构的引用、遵循与简化，主要涉及： ISO/OSI RM ISO于1977年提出，试图使各种计算机在世界范围内互连成网的标准框架 IEEE 802 LAN RM 由1980年成立的IEEE 802委员会制定，已成为国际标准 ISO/OSI RM底层 与 IEEE 802 LAN RM IEEE 802各分委员会结构及内容 控制网络的通信组网技术 现场总线(Fieldbus)技术 (IEC1158标准) 应用在生产现场，互连自动化设备及控制系统的双向数字通信协议 工业自动化领域的局域网之一 常作控制网络的底层设备网 工业以太网 (Ethernet) 技术 常作控制网络的主干网 现场总线通信协议：遵循OSI RM通信协议 现场总线的技术特点 利用数字通信代替4~20mA信号，较好地解决了物理层与数据链路层中MAC以及设备的接入问题； 现场设备的智能化与功能自治性，在现场设备上可以实现基本的控制功能； 采用快速工业以太网(Fast Ethernet)作为网络干线； 开放性 致力于建立统一的企业设备层网络的开放系统，相关标准、协议的一致性、公开性。用户可以按照实际控制需求，灵活组建自定义系统。 互操作性与互用性 系统结构的高度分散性，提高了可靠性 对现场环境的适应性 支持多种传输介质，具较强抗干扰能力；可以采用两线制实现供电与通信，满足本质安全防爆要求。 现场总线控制网络致力于采用开放通信标准联网各种设备… ...以实现智能化、互操作、网络化... ... 再通过多种方式，如有线、无线通信公网或 Internet 接入更广的网络世界 一些有影响的现场总线： FF (Foundation Fieldbus) LonWorks Profibus CAN Interbus HART DeviceNet 现场总线应用实例：采用Lonworks的楼宇自动化系统 基于LonWorks的智能门径系统 采用PROFIBUS的工厂自动化系统 一些有影响的工业以太网 ProfiNet EtherNet/IP HSE（High Spe